Swenja Rosenwinkel

• The formation and breaching of natural dammed lakes have formed the landscapes, especially in seismically active high-mountain regions. Dammed lakes pose both, potential water resources, and hazard in case of dam breaching. Central Asia has mostly arid and semi-arid climates. Rock glaciers already store more water than ice-glaciers in some semi-arid regions of the world, but their distribution and advance mechanisms are still under debate in recent research. Their impact on the water availability in Central Asia will likely increase as temperatures rise and glaciers diminish. This thesis provides insight to the relative age distribution of selected Kyrgyz and Kazakh rock glaciers and their single lobes derived from lichenometric dating. The size of roughly 8000 different lichen specimens was used to approximate an exposure age of the underlying debris surface. We showed that rock-glacier movement differs signifcantly on small scales. This has several implications for climatic inferences from rock glaciers. First, reactivation ofThe formation and breaching of natural dammed lakes have formed the landscapes, especially in seismically active high-mountain regions. Dammed lakes pose both, potential water resources, and hazard in case of dam breaching. Central Asia has mostly arid and semi-arid climates. Rock glaciers already store more water than ice-glaciers in some semi-arid regions of the world, but their distribution and advance mechanisms are still under debate in recent research. Their impact on the water availability in Central Asia will likely increase as temperatures rise and glaciers diminish. This thesis provides insight to the relative age distribution of selected Kyrgyz and Kazakh rock glaciers and their single lobes derived from lichenometric dating. The size of roughly 8000 different lichen specimens was used to approximate an exposure age of the underlying debris surface. We showed that rock-glacier movement differs signifcantly on small scales. This has several implications for climatic inferences from rock glaciers. First, reactivation of their lobes does not necessarily point to climatic changes, or at least at out-of-equilibrium conditions. Second, the elevations of rock-glacier toes can no longer be considered as general indicators of the limit of sporadic mountain permafrost as they have been used traditionally. In the mountainous and seismically active region of Central Asia, natural dams, besides rock glaciers, also play a key role in controlling water and sediment infux into river valleys. However, rock glaciers advancing into valleys seem to be capable of infuencing the stream network, to dam rivers, or to impound lakes. This influence has not previously been addressed. We quantitatively explored these controls using a new inventory of 1300 Central Asian rock glaciers. Elevation, potential incoming solar radiation, and the size of rock glaciers and their feeder basins played key roles in predicting dam appearance. Bayesian techniques were used to credibly distinguish between lichen sizes on rock glaciers and their lobes, and to find those parameters of a rock-glacier system that are most credibly expressing the potential to build natural dams. To place these studies in the region's history of natural dams, a combination of dating of former lake levels and outburst flood modelling addresses the history and possible outburst flood hypotheses of the second largest mountain lake of the world, Issyk Kul in Kyrgyzstan. Megafoods from breached earthen or glacial dams were found to be a likely explanation for some of the lake's highly fluctuating water levels. However, our detailed analysis of candidate lake sediments and outburst-flood deposits also showed that more localised dam breaks to the west of Issyk Kul could have left similar geomorphic and sedimentary evidence in this Central Asian mountain landscape. We thus caution against readily invoking megafloods as the main cause of lake-level drops of Issyk Kul. In summary, this thesis addresses some new pathways for studying rock glaciers and natural dams with several practical implications for studies on mountain permafrost and natural hazards.…
• Die Entstehung und das Ausbrechen natürlicher Stauseen prägen die Landschaft, insbesondere in seinsmisch aktiven Hochgebirgsregionen. Stauseen bergen zugleich Potential für Wasserressourcen, aber Gefahr durch Überflutungen. Mit steigenden Temperaturen und voranschreitender Gletscherschmelze wird der Bedarf an alternativen Wasserressourcen steigen. Zentralasien unterliegt größtenteils ariden und semiariden Klimabedingungen. In manchen semiariden Gebieten der Welt speichern Blockgletscher heute schon mehr Wasser als Eisgletscher. Ihr Anteil an der Wasserverfügbarkeit in Zentralasien wird in Zukunft vermutlich steigen. Die Verteilung und die Mechanismen, die das Auftreten und das Vorrücken der Blockgletscher beeinflussen, sind allerdings noch nicht gut erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden Blockgletscher in Kirgistan und Kasachstan ausgewählt, um die Altersverteilung ihrer Loben relativ mit Lichenometrie zu bestimmen. Dafür wurden etwa 8000 Flechtendurchmesser gemessen, die, bei bekannter Wachstumsrate, Aussagen über dasDie Entstehung und das Ausbrechen natürlicher Stauseen prägen die Landschaft, insbesondere in seinsmisch aktiven Hochgebirgsregionen. Stauseen bergen zugleich Potential für Wasserressourcen, aber Gefahr durch Überflutungen. Mit steigenden Temperaturen und voranschreitender Gletscherschmelze wird der Bedarf an alternativen Wasserressourcen steigen. Zentralasien unterliegt größtenteils ariden und semiariden Klimabedingungen. In manchen semiariden Gebieten der Welt speichern Blockgletscher heute schon mehr Wasser als Eisgletscher. Ihr Anteil an der Wasserverfügbarkeit in Zentralasien wird in Zukunft vermutlich steigen. Die Verteilung und die Mechanismen, die das Auftreten und das Vorrücken der Blockgletscher beeinflussen, sind allerdings noch nicht gut erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden Blockgletscher in Kirgistan und Kasachstan ausgewählt, um die Altersverteilung ihrer Loben relativ mit Lichenometrie zu bestimmen. Dafür wurden etwa 8000 Flechtendurchmesser gemessen, die, bei bekannter Wachstumsrate, Aussagen über das Expositionsalter des unterliegenden Gesteins zulassen und somit über die Zeit, seitdem keine Bewegungen mehr stattgefunden haben, die eine andere Seite des Gesteins exponiert hätten. Es zeigte sich, dass die Blockgletscherbewegungen auf kleinräumiger Skala sehr unterschiedlich sind und nicht allein von großräumigen topoklimatischen Gegebenheiten abhängen. Diese Erkenntnis bedeutet eine Einschränkung des in der Literatur häufig gezogenen Rückschlusses von Blockgletscherbewegungen auf klimatische Veränderungen oder der Nutzung von Blockgletscherhöhen als Indikator für die untere Grenze des Permafrostbereiches. Natürliche Staudämme spielen eine Schlüsselrolle dabei den Wasser- und Sedimenteintrag in die Flüsse zu kontrollieren. Blockgletscher können ebenfalls so weit in das Tal vorrücken, dass sie Flussläufe beeinflussen und Seen aufstauen. Diesem Phenomen wurde in dieser Arbeit erstmals nachgegangen und mit einem neu erstellten Inventar von 1300 Blockgletschern die möglichen Kontrollfaktoren, die zu der Bildung eines Blockglestcherdamms führen, ausgewertet. Die Blockgletscherhöhe, die potentielle Sonneneinstrahlung, sowie die Größe der Blockgletscher und ihrer Einzugsgebiete spielen dabei eine große Rolle für die Vorhersage des Auftretens von Blockgletscherdämmen. Für die beiden eben genannten Studien wurde ein Bayesisches Verfahren gewählt, um die mit Hilfe der Größenunterschiede der Flechtendurchmesser auf den einzelnen Blockgletschern und ihren Loben gewonnenen relativen Gesteinsexpositonsaltersunterschiede zu identifizieren. Desweiteren wurde die Methode genutzt, um die Parameter ausfindig zu machen, die am wahrscheinlichsten dazu führen, dass Blockgletscher Dämme bilden. Mit einer Kombination aus Datierungen vergangener Seespiegelstände und Flutmodellierungen möglicher Seeausbrüche des Issyk Kul in Kirgistan, des zweitgrößten Bergsees der Welt, geht diese Arbeit der Plausibilit ät der Zusammenhänge zwischen Seespiegelschwankungen und -ausbrüchen nach, die sich im Quartär zugetragen haben. Dabei wurde ein zeitlicher Zusammenhang zwischen Seespiegelsenkung und Flutablagerungen bestätigt. Die Modellierungen deuten auf groÿe Seeausbrüche hin, zeigen allerdings auch die Möglichkeit auf, dass ein kleinerer aufgestauter See westlich des Issyk Kul auch ähnliche Spuren im Sedimentarchiv hinterlassen haben könnte. Somit sind die Seespiegelabfälle nicht eindeutig katastrophalen Seeausbrüchen zuzuordnen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit neueWege Blockgletscher und natürliche Staudämme zu analysieren und die Ergebnisse liefern praktische Hinweise für die Permafrost- und Naturgefahrenforschung.…